(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気槽からの懸濁水を活性汚泥と濾水に分離すると共に、分離された活性汚泥を前記懸濁水の水面より上へ移送する固液分離手段と、移送された活性汚泥を回収する汚泥回収手段と、前記汚泥回収手段により回収された活性汚泥を前記曝気槽へ返送する汚泥返送手段と、前記汚泥回収手段により回収された活性汚泥の一部を余剰汚泥として引き抜く余剰汚泥引抜手段と、を備え、前記固液分離手段が、活性汚泥を含む懸濁水に一部浸漬された状態で水平軸心を中心として回転可能であって外周壁がメッシュ材からなる回転ドラムフィルタからなり、汚泥回収手段が前記回転ドラムフィルタの表面に付着・堆積した活性汚泥からなるプレコート層を剥離・転写する転写ローラからなることを特徴とする活性汚泥処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水や食品排水、浄化槽内の汚水、し尿等、有機性排水もしくは廃水を処理するための活性汚泥処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水や食品排水、浄化槽内の汚水、し尿等、有機性排水もしくは廃水（以下、単に排水という）の処理は、好気性微生物を主成分とする浮遊性有機汚泥（活性汚泥）を用いて、汚水中の有機物を無機化あるいはガス化する好気性の生物処理法（活性汚泥法）が一般的であり、世界各地で普及している。また、この活性汚泥法のプロセスに嫌気処理や薬品添加処理を組み合わせることによって、窒素の除去（生物脱窒法）やリンの除去等、更に高度な水処理を行う方法が行われている。
【０００３】
図１６及び図１７は、下水処理場や食品排水等の有機性汚水に適用される従来技術による活性汚泥処理法を示すシステムフロー図である。
【０００４】
活性汚泥法では主に曝気槽（エアレーションタンク１０６，反応槽１０７）と沈殿槽（沈殿池１０２）での処理がメインとなる。すなわち図１６又は図１７に示される従来の処理法では、処理対象の排水を、沈砂池１０１及び最初沈殿池１０２を経て、あるいはスクリーン１０３による固形物等の除去後、原水貯槽１０４や流量調整槽１０５を経て、好気性微生物群（活性汚泥）が増殖しているエアレーションタンク１０６又は反応槽１０７に一定流量で導入し、送風機等により空気中の酸素を送り曝気と同時に攪拌することによって、凝集性のある好気性微生物群のフロック（活性汚泥フロック）を形成し、水中の汚濁有機分を吸着、分解する。
【０００５】
活性汚泥フロックと有機物の分解された処理水で構成される懸濁水は、曝気槽（エアレーションタンク１０６又は反応槽１０７）に流入した汚水量だけ沈殿池１０８又は沈殿槽１０９に流出される。沈殿池１０８又は沈殿槽１０９では、水より僅かに比重の重い活性汚泥フロックは底に沈降し、清澄な上澄み水を処理済水としてそのまま放流もしくは消毒施設１１０で消毒後放流する。沈降した汚泥は、沈殿池１０８又は沈殿槽１０９の底部より引き抜き、エアレーションタンク１０６又は反応槽１０７内の活性汚泥濃度を一定に保つために返送する（返送汚泥）。また、有機物の分解により増殖した活性汚泥の一部は余剰汚泥として引き抜く。この引き抜き汚泥は、そのままでは水分が非常に多いため、汚泥濃縮槽１１１で重力沈降等により濃縮し、さらに脱水機１１２等によって、場外搬出可能な程度にまで脱水した後で搬出し、資源化処理又は焼却処理する。
【０００６】
なお、この種の活性汚泥法による排水処理方法としては、例えば下記の特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００７】
しかしながら、活性汚泥法は、上述のように曝気槽１０６，１０７で好気性微生物群に有機性汚濁物質を食べさせ、増殖した好気性微生物群による活性汚泥を沈降分離させることによって、分離水（処理済水）を放流するシステムであるため、処理を適正に行うには、活性汚泥を良好な状態で管理する必要がある。すなわち、餌の与えすぎ（有機物負荷の高い状態）や飢餓状態（負荷の少なすぎる状態）などの良好でない活性汚泥は、凝集性のフロックを形成せずバラバラになってしまうので、最終沈殿池１０８や沈殿槽１０９で沈殿せず、上澄みである処理済水が得られない（バルキング現象）。
【０００８】
また、最終沈殿池１０８や沈殿槽１０９での余剰汚泥の引き抜き過ぎは、曝気槽１０６，１０７へ返送される微生物群を減少させ、処理能力を低下させ、目的となる良好な水質を得る事ができない。また逆に、余剰汚泥の引き抜き不足の場合は、返送される活性汚泥が多すぎて曝気槽１０６，１０７の微生物量に対して酸素不足となってしまう一方、最終沈殿池１０８や沈殿槽１０９から放流される処理済水への汚泥の流出が発生する。
【０００９】
このため活性汚泥法では、その設計及び運転操作条件が詳細に定められている。例えばＢＯＤ容積負荷は、有機物の指標であるＢＯＤ（Biochemical  Oxygen  Demand：生物化学的酸素要求量）を曝気槽１m３あたり１日にどれだけ処理させるかの指標であり、一般的な下水処理場では0.3〜0.8kgＢＯＤ/m３/日で曝気槽容量を設計し、汚濁負荷量を管理している。また、ＢＯＤ−ＭＬＳＳ負荷量は、ＢＯＤを曝気槽の微生物量の指標であるＭＬＳＳ（Mixed  Liquor  Suspended  Solids：曝気槽の浮遊物質量）1kgあたり１日にどれだけ処理させるかの指標であり、一般的に0.2〜0.4kg ＢＯＤ/kg ＭＬＳＳ/日で設定されている。曝気槽のＭＬＳＳは3,000〜6,000 mg/Lで管理し、その濃度を常時保つように沈殿槽より汚泥を引抜き、曝気槽に返送し、余剰分の汚泥は系外に引き抜くという高度な管理を行っている。
【００１０】
言い換えれば、図１６又は図１７に示される処理法では、曝気槽１０６，１０７のＭＬＳＳ濃度をより高濃度に維持できれば、処理能力は向上し設置スペースをコンパクトにできる反面、最終沈殿池１０８や沈殿槽１０９での汚泥の沈降が不良となり目的となる処理水質が得られないため、上述のようなＭＬＳＳ濃度での運転操作に縛られているといえる。
【００１１】
一方、近年は膜分離活性汚泥法が開発され、世界各地で普及が進んでいる（例えば下記の特許文献３参照）。これは、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）を用いて、活性汚泥と処理水を強制的に分離する方法である。この膜分離活性汚泥法では、曝気槽内に上記ＭＦ膜あるいはＵＦ膜などの分離膜を浸漬する方法が一般的で、反応槽からの汚泥の流出を防ぐことで、ＭＬＳＳ濃度を8,000〜15,000mg/L程度と高濃度に高めることで曝気槽を小型化でき、かつ沈殿槽を不要とする技術である。また、処理水が非常に清澄であることから高度処理が求められる場合も後段の砂ろ過設備等の必要がない。
【００１２】
しかし一方で、この膜分離活性汚泥法によれば、浸漬した分離膜に汚水中の難溶性成分や高分子の溶質、コロイド、微小固形物などが沈着して、分離膜の透過流速を低下させるファウリング（目詰まり）現象が起こるため、これを防止する必要がある。このため、ＭＬＳＳ濃度は15,000 mg/L程度が上限であり、かつ通常運転において、浸漬中の分離膜に大量の空気を常時曝気する膜洗浄処理を行うことが必須であり、電力などの維持管理エネルギー消費量が従来よりも増加するといった問題がある。
【００１３】
しかも、曝気洗浄だけでは分離膜の目詰まりを確実防止することができず、性能が徐々に劣化するため、定期的に分離膜を槽内より引き揚げ次亜塩素酸やアルカリなどの薬品で洗浄する維持管理をする必要がある。また、分離膜の寿命は素材や使用状況で異なるが１〜５年程度であり、このため分離膜の定期的な交換が必要となる。このように、設置スペースの小型化や汚泥流出の心配がないといった利点がある反面で、運転動力や膜交換などによるランニングコストが大きくなるという課題を抱えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−３２２０７０号公報
【特許文献２】特開２００７−２７５８４７号公報
【特許文献３】特開２００９−２２６３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、設置スペースの小型化を図ることができると共に、汚泥流出の心配がなく、しかもランニングコストを抑制することのできる活性汚泥処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る活性汚泥処理システムは、曝気槽からの懸濁水を活性汚泥と濾水に分離すると共に、分離された活性汚泥を前記懸濁水の水面より上へ移送する固液分離手段と、移送された活性汚泥を回収する汚泥回収手段と、前記汚泥回収手段により回収された活性汚泥を前記曝気槽へ返送する汚泥返送手段と、前記汚泥回収手段により回収された活性汚泥の一部を余剰汚泥として引き抜く余剰汚泥引抜手段と、を備え、前記固液分離手段が、活性汚泥を含む懸濁水に一部浸漬された状態で水平軸心を中心として回転可能であって外周壁がメッシュ材からなる回転ドラムフィルタからなり、汚泥回収手段が前記回転ドラムフィルタの表面に付着・堆積した活性汚泥からなるプレコート層を剥離・転写する転写ローラからなるものである。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明に係る活性汚泥処理システムによれば、固液分離手段で懸濁水から分離された活性汚泥を前記懸濁水の水面より上へ移送することによって汚泥の含水率が低くなるので、汚泥濃縮槽を不要にすることができ、この活性汚泥を回収手段及び汚泥返送手段を介して曝気槽中の懸濁水へ返送することによって、懸濁水のＭＬＳＳ濃度を高濃度に保持することができ、このため曝気槽の面積を大きく削減することができる。
【００２３】
また、回転ドラムフィルタを回転させるだけで良好に固液分離できることから、省エネルギーが図れ、ランニングコストを低くすることができる。
【００２４】
また、回転ドラムフィルタの表面に付着・堆積した活性汚泥からなるプレコート層が、転写ローラによって剥離され、直ちに回収されるため、回転ドラムフィルタの濾過部のファウリングやそのための洗浄等の処理が不要になり、しかも余剰汚泥の発生量を大きく削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい実施の形態を示すシステムフロー図である。
【図２】本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい他の実施の形態を示すシステムフロー図である。
【図３】本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい他の実施の形態を示すシステムフロー図である。
【図４】本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい他の実施の形態を示すシステムフロー図である。
【図５】本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい他の実施の形態を示すシステムフロー図である。
【図６】本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい他の実施の形態を示すシステムフロー図である。
【図７】本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい他の実施の形態を示すシステムフロー図である。
【図８】本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい他の実施の形態を示すシステムフロー図である。
【図９】本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい他の実施の形態を示すシステムフロー図である。
【図１０】本発明に係る活性汚泥処理システムの実施例を示す平面図である。
【図１１】図１０のXI−XI線で切断して示す断面図である。
【図１２】図１０のXII−XII線で切断して示す断面図である。
【図１３】本発明に係る活性汚泥処理システムの他の実施例を図１０のXIII−XIII線と対応する位置で切断して示す断面図である。
【図１４】本発明に係る活性汚泥処理システムにおいて固液分離装置を陸上設置型とした実施例を示す鉛直断面図である。
【図１５】本発明に係る活性汚泥処理システムにおいて固液分離装置を陸上設置型とした実施例を示す平面図である。
【図１６】従来技術に係る活性汚泥処理システムの一例を示すシステムフロー図である。
【図１７】従来技術に係る活性汚泥処理システムの他の例を示すシステムフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１〜図９は、本発明に係る活性汚泥処理システムの好ましい実施の形態を示すシステムフロー図である。
【００３０】
すなわち、これら各実施の形態による活性汚泥処理システムは、エアレーションタンクなどの曝気槽１と、この曝気槽１に供給された懸濁水Ｗ１を活性汚泥ＡＣと処理水（濾水Ｗ２）に分離すると共に、この分離された活性汚泥ＡＣを前記懸濁水Ｗ１の水面より上へ移送する固液分離手段２と、移送された活性汚泥ＡＣを回収する汚泥回収手段３と、前記汚泥回収手段３により回収された活性汚泥ＡＣを前記曝気槽１へ返送する汚泥返送手段４と、前記汚泥回収手段３により回収された活性汚泥ＡＣの一部を余剰汚泥ＳＣとして引き抜く引抜手段５と、を備える。
【００３１】
図１に示される実施の形態では、処理対象の排水は、沈砂池１０１及び最初沈殿池１０２を経由することで砂や高密度の固形物が沈殿し、その上澄み水が曝気槽１（エアレーションタンク１１）へ供給される。エアレーションタンク１１では、好気性微生物が水中に懸濁している有機物を餌として繁殖し、その結果、凝集性のある好気性微生物群のフロック（活性汚泥フロック）が形成され、水中の汚濁有機分が吸着、分解される。
【００３２】
固液分離手段２はエアレーションタンク１１内もしくは後段（陸上）に設置されており、この固液分離手段２は、活性汚泥フロックと有機物の分解された曝気処理水で構成される懸濁水を、例えば後述するような回転ドラムフィルタによって活性汚泥ＡＣと処理水（濾水Ｗ２）とに分離するものである。分離された処理水（濾水Ｗ２）は透明かつ有機物の分解された清浄な水であるため、直接放流もしくは消毒施設１１０により消毒して放流することができる。また、親水用水や景観用水として利用することができる。工業用水等の再生利用水として利用するケースにおいてもＲＯ膜１１３による処理等の設備を設置することで対応が可能となる。一方、活性汚泥ＡＣは、回転ドラムフィルタ等の表面に固形分として付着・堆積するため、後段の処理過程には流出しない。このため、大型の沈降分離のための沈殿槽が不要となる。
【００３３】
固液分離手段２によって分離され懸濁水の水面より上側へ移送された活性汚泥ＡＣは、汚泥回収手段３により回収され、その大部分が汚泥返送手段４によってエアレーションタンク１１へ返送される。このため、エアレーションタンク１１内のＭＬＳＳ濃度を数万mg/Lに保持することができ、その結果、エアレーションタンク１１の容量を大幅に削減することができる。
【００３４】
一方、固液分離手段２から汚泥回収手段３により回収された活性汚泥ＡＣの一部は、引抜手段５により余剰汚泥ＳＣとして引抜かれ、最初沈殿池１０２で沈殿して汚泥濃縮槽１１１で濃縮された汚泥と共に脱水機１１２等によって場外搬出可能な程度にまで脱水した後で搬出され、資源化処理又は焼却処理される。そして、汚泥回収手段３により回収された活性汚泥ＡＣは85〜95%の低含水率であることから、余剰汚泥ＳＣの処理に際して汚泥濃縮槽１１１に送る必要はなく、そのまま脱水機１１２等にかけることができる。
【００３５】
さらに、最初沈殿池１０２での沈降物が無機物や難分解性の物質ではなく、粗大な有機性の粒子（例えば野菜くずのようなもの）であって、ある程度時間をかければ分解するものであり、かつ曝気槽１の曝気攪拌により混合できるような物質であれば、図２に示される実施の形態のように、固液分離手段２の適用によって固形分の流出のおそれはないため、最初沈殿池１０２を不要にすることができる。このため、汚泥濃縮槽１１１も完全に不要にすることができる。
【００３６】
また、図３に示される実施の形態では、最初沈殿池１０２の沈降汚泥を濃縮する汚泥濃縮槽の代わりに、固液分離手段９を用いて固液分離することにより、系全体から発生する汚泥を低含水率とし、余剰汚泥の発生量を大幅に削減することができる。加えて、エアレーションタンク１１内のＭＬＳＳ濃度を高濃度に保持し、ＢＯＤ／ＭＬＳＳを低くする操作を行うことで、微生物群を飢餓状態にし、排水の有機物の分解と微生物群の自己消費のバランスをとることで余剰汚泥ＳＣを大幅に削減する事も可能となる。
【００３７】
処理対象の排水中の窒素やリンの濃度が高く、その除去が必要な場合は従来の窒素・リンの除去法に本発明を組み合わせれば良く、本発明は有機物だけの除去を対象とした標準活性汚泥法に限定されるものではない。そのような方法であっても、曝気槽と活性汚泥の沈降分離のための沈殿槽は必要であり、その部分に本発明手段を講じれば良い。
【００３８】
例えば図４に示される実施の形態は、処理対象の排水中の窒素を除去する場合の一例である。この実施の形態では、処理対象の排水が沈砂池１０１及び最初沈殿池１０２を経由することによって砂や高密度の固形物を沈殿させた上澄み水は、嫌気性の脱窒池１１４を経て曝気槽１としての硝化槽１２へ供給される。硝化槽１２は、エアレーションタンク１１と基本的に同じである。
【００３９】
この形態によれば、固液分離手段２で分離された処理水（濾水Ｗ２）の一部は脱窒池１１４に還流され、このため脱窒池１１４による嫌気処理と硝化槽１２による好気処理が繰り返され、有機性窒素をアンモニア化→亜硝酸化、硝酸化→脱窒といった処理で排水中の窒素を除去するものであり、窒素が除去された高度な処理水を得ることができる。固液分離手段２の配置は、硝化槽１２内での水中設置型、もしくは硝化槽１２の後段に配置すれば良い。
【００４０】
また、図５に示される実施の形態は、排水中の窒素とリンを同時に除去する処理の一例であり、処理対象の排水が沈砂池１０１及び最初沈殿池１０２を経由することによって砂や高密度の固形物を沈殿させた上澄み水は、嫌気槽１１５及び無酸素槽１１６を経て曝気槽１としての好気槽１３へ供給され、固液分離手段２で分離された処理水（濾水Ｗ２）の一部は無酸素槽１１６に還流されるようになっている。そしてこの形態についても、曝気槽１としての好気槽１３内もしくは好気槽１３の後段に固液分離手段２を配置すれば良い。
【００４１】
また、一般的に活性汚泥法においては汚泥濃縮槽１１１を用いて重力沈降により汚泥を濃縮しても、その固形分の濃度は2%程度（残り98%が水分）と非常に水分量が多い。このため、水素やメタンガスなどのバイオガス化により回収が期待できるエネルギー量よりも発酵槽の加温や攪拌などの維持管理エネルギー量が大きく、エネルギー収支はマイナスとなるため発酵処理には適さない。このため、脱水後焼却、埋め立て処理する例が多いが、このように有機性排水処理に伴い発生する汚泥の廃棄物処理が社会問題化している。
【００４２】
これに対し、本発明では、例えば回転ドラムフィルタからなる固液分離手段２で回収される活性汚泥の固形分濃度は5〜15%と低含水率であるため、図６に示される実施の形態のように、固液分離手段２から汚泥回収手段３により回収され、引抜手段５により引抜かれた余剰汚泥ＳＣは、メタン発酵槽１１７においてメタン発酵されることにより減容化されると共に、発生したメタンガスＧをガスホルダ１１８を介して回収し、ボイラーあるいは発電機などにエネルギーとして供給することができる。
【００４３】
例えば、日処理水量が10,000m3クラスの下水処理場において、本発明の適用により固形分濃度10%の濃縮汚泥が一日に8 m3発生するものと仮定する。濃縮汚泥1 m3をメタンガスに変換するには、メタン発酵槽１１７の加温熱量や攪拌電力、及び施設の維持補修などにかかるエネルギーはおおよそ930MJである。一方、濃縮汚泥の発酵処理により発生するメタンガスから得られるエネルギー量は1,500〜1,800MJ/ m3に相当するため、エネルギー収支は黒字となる。また、発酵残渣である消化液は、液肥として田畑などに還元することができる。
【００４４】
なお、汚泥濃縮槽１１１を用いた従来の重力沈降による汚泥の固形物濃度が2%の場合は、先に説明したようにエネルギー収支が赤字となるばかりでなく、１日に41 m3もの汚泥が発生するため、大規模な発酵処理施設が必要となり、建設費は著しく増大する。
【００４５】
これに対し、図６に示される実施の形態では、メタン発酵などのバイオガス化処理を新たに適用することにより、汚泥の著しい減容化とエネルギー生産の両立が可能となることから、維持管理費の削減ばかりでなく、CO2の排出量の削減を実現することができる。
【００４６】
なお、図６に示される実施の形態は、排水の窒素、リン除去のシステムと組み合わせる事ができるのは言うまでもない。図７に示される実施の形態は、そのような例を示すもので、排水中の窒素とリンを同時に除去する処理の一例であり、処理対象の排水が沈砂池１０１及び最初沈殿池１０２を経由することによって砂や高密度の固形物を沈殿させた上澄み水は、脱窒池１１４を経て曝気槽１としての硝化槽１２へ供給され、固液分離手段２で分離された処理水（濾水Ｗ２）の一部は脱窒池１１４に還流されるようになっている。なお、メタン発酵槽１１７でのメタン発酵残渣の消化液は、脱窒池（嫌気）に戻しても良いが、この消化液はアンモニアが高濃度で含まれるため、硝化槽（好気）１２に戻す事が望ましい。
【００４７】
図８は、先に説明した図１７に示されるような食品工場等における従来の活性汚泥法に、本発明を適用した場合の実施の形態を示すものであり、図９は、図８の形態に、脱窒素とメタン発酵を組み合わせた例を示すものである。
【００４８】
このうち、図８に示される形態では、処理対象の排水を、スクリーン１０３による粗大固形物等の除去後、原水貯槽１０４や流量調整槽１０５を経て、好気性微生物群（活性汚泥）が増殖している曝気槽１としてのエアレーションタンク１１に一定流量で導入し、ここで活性汚泥フロックが形成された懸濁水を、固液分離手段２によって活性汚泥と処理水（濾水Ｗ２）とに分離するものである。
【００４９】
固液分離手段２によって分離され汚泥回収手段３によって回収された活性汚泥は、一部が汚泥返送手段４によってエアレーションタンク１１へ返送され、引抜手段５により引抜かれる余剰汚泥は、その量が少ない場合は脱水機１１２等によって脱水した後で搬出され、資源化処理又は焼却処理される。また、余剰汚泥ＳＣの量が多い場合は、メタン発酵槽１１７においてメタン発酵することにより汚泥が減容化されると共に、発生したメタンガスをガスホルダ１１８を介して回収し、ボイラーあるいは発電機などにエネルギーとして供給する。
【００５０】
一方、図９に示される形態では、処理対象の排水を、スクリーン１０３による粗大固形物等の除去後、原水貯槽１０４や流量調整槽１０５を経て、先に説明した図４や図５などに示される形態と同様、嫌気性の脱窒池１１４によって脱窒処理を行った後で、硝化槽１２に一定流量で導入し、固液分離手段２で分離された処理水（濾水Ｗ２）の一部を脱窒池１１４に還流するようになっている。また、固液分離手段２によって分離され汚泥回収手段３によって回収された活性汚泥ＡＣは、汚泥返送手段４によって硝化槽１２へ返送され、引抜手段５により引抜かれた余剰汚泥ＳＣは、汚泥貯槽１１９を介してメタン発酵槽１１７へ送られ、メタン発酵されることにより減容化されると共に、発生したメタンガスをガスホルダ１１８を介して回収し、ボイラーあるいは発電機などにエネルギーとして供給するものである。
【００５１】
基本的に、図８及び図９に示される形態では、最初沈殿池１０２が存在しないため、汚泥濃縮槽１１１は完全に必要がなくなるといった特徴がある。また、メタン発酵処理の特徴として、イニシャルコストが高くランニングコストは低くなる傾向があるため、その適用については、余剰汚泥の発生量に応じて選定すれば良い。
【００５２】
上述のように、本発明は、曝気槽１中の懸濁水Ｗ１を活性汚泥ＡＣと濾水Ｗ２に分離し、分離された活性汚泥を前記懸濁水Ｗ１の水面より上へ移送する固液分離手段２と、移送された活性汚泥ＡＣを回収する汚泥回収手段３と、前記汚泥回収手段３により回収された活性汚泥ＡＣを前記曝気槽１へ返送する汚泥返送手段４と、前記汚泥回収手段３により回収された活性汚泥ＡＣの一部を余剰汚泥ＳＣとして引き抜く引抜手段５から構成されることを特徴としており、固液分離手段２には回転ドラムフィルタが好適に採用される。そして、回転ドラムフィルタとしては、従来から、市販のドラムフィルタや真空式ドラムフィルタ装置が知られている。
【００５３】
しかしながら、市販の一般的なドラムフィルタは微細粒子に不向きな場合が多く、活性汚泥の固液分離装置への導入手段や活性汚泥の回収手段については最適であるとはいえない。また、真空式ドラムフィルタは、微細粒子の回収に適してはいるが、消費エネルギーが大きく、経済的でない。さらに、従来の装置は、懸濁水から固形物を回収するという手段のため、回収物を再び回収した系へ戻すという活性汚泥の返送手段についてはまったく考えられていない。さらに、真空式のドラムフィルタでは、濾過助剤等の薬剤が必要になることが多く、不純物を含む活性汚泥を曝気槽へ返送すると活性汚泥システム全体への悪影響が懸念される。このため、以下に本発明の最適な実施例について説明する。
【実施例】
【００５４】
図１０は、本発明に係る活性汚泥処理システムの実施例を示す平面図、図１１は、図１０のXI−XI線で切断して示す断面図、図１２は、図１０のXII−XII線で切断して示す断面図である。
【００５５】
これらの図に示される実施例は、固液分離手段２としてプレコート式回転ドラム型固液分離装置２０を用い、これを曝気槽１内へ設置したものである。
【００５６】
詳しくは、プレコート式回転ドラム型固液分離装置２０は、曝気槽１内に設置されて、この曝気槽１で好気性微生物の作用により形成された活性汚泥フロックで懸濁された処理対象の懸濁水Ｗ１が、流入弁２３を介して供給される処理槽２１と、この処理槽２１内に配置された回転ドラムフィルタ２２を備える。
【００５７】
回転ドラムフィルタ２２は、図１０及び図１２に示されるように、処理槽２１内の懸濁水Ｗ１に浸漬された状態で、曝気槽１の外部の床面上に設置された電動モータ２６から減速装置２７を介して与えられる駆動力によって、水平なシャフト２２ｃを中心として低速回転されるものであって、軸方向一側が開放された形状となっている。そして回転ドラムフィルタ２２の円筒状の外周壁はワイヤクロスなどのメッシュ材２２ａからなり、開放された側の外径部に設けられたシール部材２２ｂが、処理槽２１の一方の側壁２１ａの内側面に摺動可能に密接されることによって、この側壁２１ａとの間に濾水貯留室Ｓが画成されている。
【００５８】
曝気槽１から流入弁２３を介して処理槽２１へ流入する懸濁水Ｗ１中の活性汚泥フロックは一般的に70〜1000μmであるが、極めて壊れやすく、また、バルキングにより発生する糸状性細菌群は数十μm〜1mmであることから、回転ドラムフィルタ２２は水頭圧を利用した低圧方式が望ましい。回転ドラムフィルタ２２の外周部に設けられた濾過部であるメッシュ材（マイクロメッシュ）２２ａは、目開きサイズが150μm以下のものが採用される。これは、目開きサイズが150μmを超えるものでは、初期の固液分離工程においてメッシュ材２２ａに予めプレコート剤による層を形成しておかないと、メッシュ材２２ａの外周面に固形物の付着・堆積が起こりにくく、すなわち活性汚泥ＡＣの層が形成されにくいからである。また、メッシュ材２２ａの材質としては、ステンレス、亜鉛、真鍮、アルミ等の金属、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂、障子紙などのパルプ繊維、ガラス繊維、炭素繊維及びそれらの繊維素材から構成される濾布を使用することが可能である。
【００５９】
なお、メッシュ材の目開きサイズは数μm〜数十μmが望ましいが、細かいほどメッシュ製造が難しく、また製造コストは高くなる傾向がある。もちろん、数μm〜数十μm程度の微細メッシュを使用しても良いが、目合い25μm未満の鋼製メッシュの多くは桁違いに高くなるため設備コストの観点からは好ましくない。
【００６０】
処理槽２１には、その一方の側壁２１ａにおける回転ドラムフィルタ２２との対向面の下部に位置して排水口２１ｃが開設され、この排水口２１ｃを介して回転ドラムフィルタ２２の内周の濾水貯留室Ｓと連通する排水槽２４が設けられ、排水口２１ｃを通じて濾水貯留室Ｓから排水槽２４へ流れ込んだ濾水Ｗ２を、排水槽２４に設置された排水ポンプ２５によって、排出することができるようになっている。
【００６１】
回転ドラムフィルタ２２は、図１１における反時計方向へ回転するものであって、この回転ドラムフィルタ２２の外周部（活性汚泥ＡＣの層）は、図中右側（以下、ドラム浮上側という）で懸濁水Ｗ１の水面から浮上し、図中左側（以下、ドラム没入側という）で懸濁水Ｗ１の水面下へ没入する。そして曝気槽１から懸濁水Ｗ１を処理槽２１内へ越流させる流入弁２３は、処理槽２１におけるドラム没入側の側壁に設けられており、また、処理槽２１内には、この流入弁２３を介して流入する懸濁水Ｗ１を、回転ドラムフィルタ２２の外周がその回転に伴って水面下へ没入する位置よりも回転方向前方、好ましくは回転ドラムフィルタ２２の最下部（軸心を通る鉛直線との交点位置）よりも回転方向前方で初めて回転ドラムフィルタ２２の外周に接するように、かつ回転方向（反時計方向）へ供給されるように導く導流部材２８が設けられている。言い換えれば、この導流部材２８は、処理槽２１へ供給される懸濁水Ｗ１をドラム浮上側に偏在する位置へ導くものである。
【００６２】
固液分離手段２によって分離された活性汚泥を回収する汚泥回収手段３は、回転ドラムフィルタ２２の外周面（メッシュ材２２ａ）に処理槽２１における懸濁水Ｗ１中の懸濁物（活性汚泥）が付着・堆積することにより形成されたプレコート層（活性汚泥ＡＣの層）の表面に、懸濁水Ｗ１の水位より上方で接触しながら、回転ドラムフィルタ２２と逆方向へ回転されることによって、前記メッシュ材２２ａから活性汚泥ＡＣの層を転写・付着させる転写ローラ３１と、この転写ローラ３１に転写・付着された固形物状の活性汚泥ＡＣを掻き取るスクレーパ３２からなる。
【００６３】
汚泥回収手段３によって回収された活性汚泥ＡＣを曝気槽１へ返送する汚泥返送手段４は、図１１に示されるように、転写ローラ３１からスクレーパ３２で掻き取った活性汚泥ＡＣを一時的に堆積・貯留する返送汚泥貯留槽４１からなる。この返送汚泥貯留槽４１は、下部が曝気槽１内の処理対象の懸濁水Ｗ１の水面下にあって、側壁の一部（図中に点線で示される部分）が手動又は電動のゲート４１ａによって開閉可能となっており、このゲート４１ａを開放することによって、貯留された活性汚泥ＡＣが曝気槽１へ返送されるようになっている。なお、図１０に示される参照符号１５は、曝気槽１内に設置された撹拌機である。
【００６４】
一方、回収された活性汚泥ＡＣの一部を余剰汚泥ＳＣとして引き抜く引抜手段５は、上述の返送汚泥貯留槽４１に堆積・貯留された活性汚泥ＡＣを引き抜く汚泥ポンプ５１からなる。
【００６５】
曝気槽１から流入弁２３を介してプレコート式回転ドラム型固液分離装置２０における処理槽２１に供給された処理対象の懸濁水Ｗ１は、この懸濁水Ｗ１に浸漬された回転ドラムフィルタ２２の濾水貯留室Ｓ内の濾水Ｗ２との水頭差Ｈによって、回転ドラムフィルタ２２の外周壁のメッシュ材２２ａにプレコート層として付着・堆積した活性汚泥ＡＣの層により濾過され、濾水貯留室Ｓへ濾水Ｗ２となって流入する。
【００６６】
ここで、回転ドラムフィルタ２２が図１１における反時計方向へ回転する場合、この回転ドラムフィルタ２２のメッシュ材２２ａは、懸濁水Ｗ１の水面よりも上側で汚泥回収手段３の転写ローラ３１によって活性汚泥ＡＣの層が除去された状態で、ドラム没入側で懸濁水Ｗ１の水面下へ没入し、この位置から、懸濁水Ｗ１中の懸濁物である活性汚泥ＡＣの付着・堆積が開始され、懸濁水Ｗ１中を反時計方向へ回転移動して行くのに伴って、活性汚泥ＡＣの層の厚さが増大して行き、ドラム浮上側で水面から浮上して、この活性汚泥ＡＣの層が前記転写ローラ３１によって剥離されスクレーパ３２で掻き取られる、といった動作が繰り返される。
【００６７】
また、処理槽２１に供給される懸濁水Ｗ１は、導流部材２８によって、回転ドラムフィルタ２２の最下部よりも回転方向前方、すなわちドラム浮上側に偏在する位置で初めて固液分離ドラムの外周に接するように導かれており、回転ドラムフィルタ２２の回転方向及び懸濁水Ｗ１の供給方向が同じであるため、処理槽２１内の懸濁水Ｗ１には、ドラム没入側で相対的に低く、ドラム浮上側で相対的に高くなるような粒子の濃度勾配を生じる。
【００６８】
したがって、懸濁水Ｗ１に含まれる比較的粒径の大きい活性汚泥フロックは、プレコート層の形成が開始されてから反時計方向へ移動するのに伴い、プレコート層がある程度の層厚になる回転ドラムフィルタ２２の最下部位置以降でプレコート層に付着することになる。したがって、プレコート層が未形成の部分が没入する位置（ドラム没入側）では懸濁水Ｗ１の懸濁物質濃度が低いことから、この部分で濾過された濾液Ｗ２も水質が良好に維持される。
【００６９】
さらに、排水口２１ｃから排水槽２４を介して、排水ポンプ２５により排出される濾水Ｗ２は直接放流するか、あるいは図１等に記載された消毒施設１１０により消毒後に放流し、濾水Ｗ２を再生利用する際はＲＯ膜１１３等による更なる高度処理を行えば良い。
【００７０】
なお、固液分離装置２０の初期運転では、回転ドラムフィルタ２２のメッシュ材２２ａの外周面には活性汚泥ＡＣの層が全く形成されていないので、粒径がメッシュサイズ以下の懸濁物は濾過されずに濾水貯留室Ｓへ通過してしまうことになる。したがってこの場合は、まず回転ドラムフィルタ２２が半分以上水没するまで処理槽２１へ懸濁水Ｗ１を供給し、回転ドラムフィルタ２２の回転を停止したままで、回転ドラムフィルタ２２の濾水貯留室Ｓから排水口２１ｃを通じて排水槽２４へ貯留された濁度の高い濾水Ｗ２を排水ポンプ２５で回収し、不図示の弁装置を介して再び処理槽２１へ供給して循環させる。
【００７１】
そしてこのようにすることで、回転ドラムフィルタ２２のメッシュ材２２ａの外周面に形成される活性汚泥ＡＣの層の厚さが増大して行き、濾過速度が徐々に低下すると共に、濾水Ｗ２の汚泥濃度が低下し、濾水貯留室Ｓ内の濾水Ｗ２と処理槽２１内の懸濁水Ｗ１との水頭差Ｈが大きくなって行く。このため、メッシュ材２２ａの外周面に形成される活性汚泥ＡＣの層が十分な層厚となって、水頭差Ｈが所定値に達した時点で、処理槽２１への濾水Ｗ２の循環を終了し、通常運転へ切り替えれば良い。
【００７２】
上述の実施例によれば、固液分離装置２０が曝気槽１内に設置された構成としたため、設備の設置面積を大きく削減でき、しかも回転ドラムフィルタ２２への処理対象懸濁水Ｗ１の供給をポンプによらず越流方式にできるため、懸濁水Ｗ１中の活性汚泥フロックの分散や破壊を防止することができる。
【００７３】
固液分離装置２０は曝気槽１内における端部近傍に位置していて、回転ドラムフィルタ２２を回転させる電動モータ２６が曝気槽１の外部の床面上に設置されている以外は、固液分離装置２０の大部分が曝気槽１内にある。このため、回収した活性汚泥ＡＣは返送汚泥貯留槽４１を介して、直ちに曝気槽１へ戻すことができる。また、図示の例のように曝気槽１内に撹拌機１５を設けることによって、曝気槽１の懸濁水Ｗ１中における活性汚泥濃度が返送汚泥貯留槽４１付近で返送汚泥によって高濃度に偏るのを防止することができる。
【００７４】
また、固液分離装置２０の処理槽２１内の水位が、放流先（例えば消毒槽や放流槽、河川など）の水位より高い場合は、サイフォンの原理で放流することも可能であるため、排水ポンプ動力を削減することができ、さらなる省エネルギー化を実現することができる。
【００７５】
一方で、メンテナンスの際には、固液分離装置２０を曝気槽１から引き揚げる必要があることや、装置の止水など、仕上げや維持管理が煩雑となるデメリットがあるため、現場の条件を勘案して上述の実施例のような曝気槽内設置型とするか、後述する図１４のような陸上設置型とするかを選択すれば良い。
【００７６】
また、固液分離装置２０で懸濁水Ｗ１から分離し汚泥回収手段３で回収した活性汚泥ＡＣを曝気槽１へ返送するだけでは、ＭＬＳＳが徐々に増加するため、回収した活性汚泥ＡＣから一部を余剰汚泥ＳＣとして引き抜いて系外へ排出することが、処理システムの維持には必要である。この場合、余剰汚泥ＳＣの回収は、汚泥回収手段３からの活性汚泥ＡＣを受ける返送汚泥貯留槽４１のゲート４１ａを閉じ、一定量蓄積した後、汚泥ポンプ５１で引き抜くことによって行うことができる。
【００７７】
汚泥ポンプ５１で引き抜かれた余剰汚泥ＳＣ（濃縮汚泥）は、その発生量に応じて、先に説明した図１などのシステムフローのように、脱水機１１２へ送り、脱水後の汚泥を場外搬出する。もしくは、汚泥の減容化とエネルギー回収を目的として、先に説明した図６などのシステムフローのように、前記濃縮汚泥をメタン発酵槽１１７などのバイオガス化装置へ移送する。また、他に汚泥の再利用方法があればそちらに移送しても良い。
【００７８】
図１３は、本発明に係る活性汚泥処理システムの他の実施例を、図１０のXIII−XIII線と対応する位置で切断して示す断面図である。この実施例は、目標とする水質を維持するための回転ドラムフィルタ２２の制御手段として濁度センサ６を用いたことを特徴としている。
【００７９】
すなわち、固液分離装置２０における回転ドラムフィルタ２２内の濾水貯留室Ｓの排水口２１ｃから排出される濾水Ｗ２は、容積の小さい濁度検出槽２４ａへいったん流入し、そこから越流管２１ｄを介して排水ポンプ２５が配置された排水槽２４へ排出されるようになっていて、濁度検出槽２４ａには、濾水Ｗ２の濁度を検出する濁度センサ６を配置し、この濁度センサ６からの検出データが固液分離装置２０の運転（例えば回転ドラムフィルタ２２を回転させる電動モータ２６や流入弁２３の開閉を行うソレノイド）を制御する制御装置７に送られるように構成されている。なお、濁度センサ６を、排水槽２４の上流側に画成した濁度検出槽２４ａに配置したのは、検出対象の濾水Ｗ２が速やかに入れ替わるようにするためである。
【００８０】
したがって、この実施例では予め目標とする水質と濁度との間の関係（例えばＳＳ（Suspended Solids：懸濁性物質）と濁度の相関関係）を分析し、実運転時には濁度センサ６による濁度検出データから濾水Ｗ２の水質を予測し、その結果に応じた固液分離装置２０の運転制御を行う。これにより、濾水Ｗ２の水質が安定し、言い換えれば固体分（活性汚泥ＡＣ）を液体分から効率良く分離することができる。
【００８１】
濁度検出データによる回転ドラムフィルタ２２の制御は、濁度のレベルを数段階に分けて、最低でも、曝気槽１と処理槽２１間の流入弁２３の閉鎖（警報）、ドラム回転停止、ドラム回転開始の３段階とすることが望ましい。例えば、流入弁２３を閉鎖するときの濁度は、最低限確保すべき水質に対応した濁度（例えば排出の上限値）とし、回転ドラムフィルタ２２の回転を停止するときの濁度は目標水質に対応した濁度とし、回転ドラムフィルタ２２の回転を開始するときの濁度は、前記目標水質の50〜80％程度とする。したがって、濁度センサ６から得られる検出データに応じた出力（電流・電圧など）によって制御系を設定すれば良い。
【００８２】
このような制御系を構成することによって、通常時は常に回転ドラムフィルタ２２が回転し、濾水Ｗ２と分離固形分（活性汚泥ＡＣ）が得られる。そして、処理対象の懸濁水Ｗ１の懸濁物質濃度の低下や流入水量の低下などが生じた場合は、回転ドラムフィルタ２２の回転は相対的に速すぎる状態となることから、濾水Ｗ２の懸濁物質濃度などが上昇することになる。そして濁度センサ６により検出される濁度の値が、予め設定された閾値を超えた場合は、制御装置７からの停止指令によって、回転ドラムフィルタ２２は速やかに停止する。
【００８３】
装置が正常であれば、停止した回転ドラムフィルタ２２のメッシュ材２２ａの表面には懸濁水Ｗ１中の懸濁物質（活性汚泥ＡＣのフロック）の付着・堆積によるプレコート層の層厚が増大して行き、このため濾過速度が徐々に低下すると共に、濾水Ｗ２の懸濁物質濃度（濁度）が徐々に低下し、濁度センサ６により検出される濁度が予め設定された一定値以下になった場合は、制御装置７からの駆動指令によって、回転ドラムフィルタ２２は再び回転を開始する。
【００８４】
そして上述のような運転制御を繰り返すことで、供給される処理対象の懸濁水Ｗ１の水質や水量が変化しても常に目標となる水質を維持することができる。回転ドラムフィルタ２２の停止後、何らかの異常、例えばメッシュ材２２ａの破損等があると、濾水Ｗ２の濁度は低下することなくさらに上昇するが、この濁度が予め設定された上限値を超えた場合は、制御装置７からの指令によって、曝気槽１から固液分離装置２０における処理槽２１へ懸濁水Ｗ１が流れ込む流入弁２３を閉鎖することで、濁度の高い濾水Ｗ２が系外へ排水されるのを防止することができる。また、警報と連動させることにより、装置の管理者はすぐに問題の改善に対応することができる。
【００８５】
また、プレコート式の回転ドラムフィルタ２２は、処理の原理上、処理対象の懸濁水Ｗ１の懸濁物質の形状や濃度に変動があると、同じ回転速度では処理速度や濾水Ｗ２の水質が変化する。つまり、処理対象の懸濁水Ｗ１の懸濁物質の濃度が高くなると、プレコート層は厚くなり、濾水Ｗ２の透明性は向上するが、一方で処理速度（濾過速度）は低下してしまう。このため、高濃度の懸濁水Ｗ１の流入も考慮した（安全を考慮した）装置の大きさで設計する必要がある。
【００８６】
これに対し、検出される濁度のレベルをより詳細に多段階に分け、回転ドラムフィルタ２２の回転速度を制御すれば、更に高効率な運転管理を実現することができる。これにより、安定的な処理水質が得られるだけでなく、装置の大きさを適正規模に設計することができ、建設コストと設置スペースを削減することができる。
【００８７】
すなわち、回転ドラムフィルタ２２の回転開始と回転停止の間の濁度値の間に、回転ドラムフィルタ２２の回転加速、減速を段階別に入れると良い。例えば、目標とする濁度を10とした場合、濁度センサ６により検出された濁度が8以下となったら現状の回転ドラムフィルタ２２の回転速度を10％加速し、検出された濁度が12を超えたら回転速度を10％減速するような制御を組み込むことで、高度で安定的かつ効率的な処理を実現することができる。
【００８８】
次に図１４は、本発明に係る活性汚泥処理システムにおいて固液分離装置２０を陸上設置型とした実施例を示す鉛直断面図、図１５は、同じく平面図である。
【００８９】
この実施例では、曝気槽１における原水の流入側と反対側から、曝気槽１内で曝気処理により活性汚泥フロックを含む懸濁水Ｗ１を水中ポンプ１４で揚水し、陸上に設置された固液分離装置２０の処理槽２１における導流部材２８による給水口へ送水する。固液分離装置２０に送られた懸濁水Ｗ１は、回転ドラムフィルタ２２によって濾過され、活性汚泥ＡＣと濾水Ｗ２に分離される。回転ドラムフィルタ２２内の濾水貯留室Ｓへ濾過された濾水Ｗ２は越流により系外へ放流されるか、消毒槽８あるいは再生利用のためＲＯ膜処理槽（不図示）へ送られる。
【００９０】
一方、回転ドラムフィルタ２２の外周面に分離された活性汚泥ＡＣは、汚泥回収手段３により回収され、汚泥返送手段４として陸上に設置された返送汚泥貯留槽４１に一時的に貯留され、返送管４２を介して曝気槽１へ返送される。
【００９１】
上述のように、回収された活性汚泥ＡＣの大部分は系外へ流出しないため、曝気槽１のＭＬＳＳは高濃度に維持することができる。増殖により設定量よりも多くなった活性汚泥は、返送汚泥貯留槽４１から余剰汚泥ＳＣとして、引抜手段５である汚泥ポンプ５１等により引き抜かれ、脱水機やメタン発酵槽（もしくは図９のようにメタン発酵槽１１７の前段の汚泥貯槽１１９）に送られる。
【００９２】
このような陸上設置型の場合は、陸上に設置スペースが必要となるが、維持管理は容易であることがメリットである。現場の条件に応じて選択すれば良い。
【００９３】
以上説明したとおり、下水処理場やし尿処理場、食品工場などの施設で排出される有機性排水の処理分野において、本発明の活性汚泥処理システムを適用することにより、従来の標準活性汚泥法及び膜分離活性汚泥法よりコスト、スペース、エネルギー、CO2の排出量、廃棄物発生量を大きく削減することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  曝気槽
２  固液分離手段
２０  プレコート式回転ドラム型固液分離装置
２１  処理槽
２２  回転ドラムフィルタ
３  汚泥回収手段
３１  転写ローラ
４  汚泥返送手段
４１  返送汚泥貯留槽
５  余剰汚泥引抜手段
６  濁度センサ
７  制御装置
ＡＣ  活性汚泥
ＳＣ  余剰汚泥
Ｗ１  懸濁水
Ｗ２  濾水
【図１】
0005687034.tif 000002
【図２】
0005687034.tif 000003
【図３】
0005687034.tif 000004
【図４】
0005687034.tif 000005
【図５】
0005687034.tif 000006
【図６】
0005687034.tif 000007
【図７】
0005687034.tif 000008
【図８】
0005687034.tif 000009
【図９】
0005687034.tif 000010
【図１０】
0005687034.tif 000011
【図１１】
0005687034.tif 000012
【図１２】
0005687034.tif 000013
【図１３】
0005687034.tif 000014
【図１４】
0005687034.tif 000015
【図１５】
0005687034.tif 000016
【図１６】
0005687034.tif 000017
【図１７】
0005687034.tif 000018